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1、陕西延长中煤榆林能源化工有限公司化工原理基础培训教材(第二部分)转载▼标签：分类：烯烧工艺导热系数平壁热传导热负荷教育热负荷是生产上要求流体温度变化而吸收或放出的热量。换热器中冷、热两流体进行热交换，若忽略热损失，则根据能量守恒原理，热流体放出的热量Q必等于冷流体吸收的热最Q?，Q尸Q2,称此为热量衡算式。热量衡算式与传热速率方程式为换热器传热计算的基础。设计换热器时,根据热负荷要求，用传热速率方程式计算所需传热面积。下面介绍热负荷计算。1.无相变化时热负荷计算1)比热法当物质与外界交换热量时，物质不发生相变化而只有温度变化，这种热量称为显热。在恒压条件下，单位质量的物质升高1°C所需的热量，
2、称为定压比热或定压热容。以符号5表示，单位为kJ/kg-K(或kJ/kg°C)。在换热器中用冷流体使质量为G!的热流体由温度T!降至T2,其热负荷可用下式计算QlG2Pi(T广T2)(4-2)2)热焙法热焙也称为焙。当物系的内能变U,压力为P,体积为V时，焙的定义为I=U+PV(4-3)由于U、P及V为物系的状态函数，所以I也是状态函数，单位为kJ/kg°由热力学得知，在恒压条件下，物系与外界交换的热量与物系的始态与终态的焙差相等，即Q=G(I,-b)(4-4)式中I)物系始态的焰，kJ/kg；12——物系终态的熔,kJ/kgo2.有相变化时热负荷计算当流体打外界交换热最过程中发生和变化时，其
3、热负荷用潜热法计算。例如,饱和蒸汽冷凝为同温度卜-的液体时放出的热量，或液体沸腾汽化为同温度下的饱和蒸汽时吸收的热量，可用下式计算Q-Gr(4-5)式中r为液体汽化(或蒸汽冷凝)潜热，单位为kJ/k》潜热等于饱和蒸汽的焰与同温度下液体熔Z差值。在传热过程中有时还会遇到彖升华与凝结、熔融与凝固等，则r取相应过程的相变潜热计算。此外，在传热过程中还会遇到彖有化学反应、吸收与解、溶解与结晶等等有热效应的过程，在进行热负荷计算时还必须考虑到这部分热量。应当提起注意的是：热负荷是由工艺条件决定的，是对换热器换热能力的要求；而传热速率绘换热器木身在一定操作投机倒把下的换热能力，是换热器木身的特性，可见两者
4、不同。但对于•个能满足工艺要求的换热器而言，其传热速率值必须等于或略大于热负荷值。而在实际设计换热器时，通常将传热速率与热负荷在数值上视为相等,所以通过热负荷计算可确定换热器所应具有的传热速率，再依此传热速率计算换热器所需的传热面积。例4-1试计算压力为147.1kN/m2,流量为1500kg/h的饱和水蒸汽冷凝后并降温至50°C时所放出的热量。解此题可分成两步计算：一是饱和水蒸汽冷凝成水，放出潜热；二是水温降至5()°C时所放出的显热。蒸汽冷凝成水所放出的热量为Qi查水蒸汽表得：p=147.1N/下的水的饱和温度ts=110.7eC；汽化潜热r=2230.1kJ/kgQi=Gir=l500/
5、3600*2230.1=929kJ/s=929kW水由110.7°C降温至5(TC时放出的热1：Q2平均温度t=(110.7+50)/2=80.4°C80.4°C时水的比热cp=4.195kJ/kg°CQ2=Gicp(tJi-ti)=1500/3600*4.195*(110.7-50)=106kJ/s=106kW共放出热量QQ=Qi+Q2=929+106=1035kW用焙差法计算査水蒸汽表得：p=147.1kN/m2下饱和水蒸汽的焙I=2694.43kJ/kg；50°C水的焙i=209.34kJ/kg饱和水蒸汽冷凝后并降温至50°C放出的热量Q=G,(I-i)=1500/3600*(2694.
6、43・209.34)=1035.5kW第二节热传导一.傅立叶定律1.温度场和温度梯度只要物体内部有温度差存在，就有热量从高温部分向低温部分传导。所以研究热传导必须涉及物体内部的温度分布(temperatureprofile或temperaturedistribution)o通常，物体的温度分布是空间坐标和时间的函数，即t=f(x,y»z,t)(4-6)式中t温度；x,y,z空间坐标；T■■…时间。某-瞬间空间中各点的温度分布，称为温度场(temperaturefield)o若温度场中温度只沿着-个坐标方向变化，则称为一维温度场。一维温度场的温度分布表达式为t=f(x,r)(4-6a)温度场内如
7、果各点温度随时间而改变，则称为不稳定温度场；若温度不随时间而改变，则称为稳定温度场。温度场中同一时刻相同温度各点组成的面称为等温面。因为空间同一点不能同时具有两个不同的温度，所以不同的等温面彼此不能相交。对于-维温度场，半温度沿x方向变化，则某时刻的温度分布如图4-4所示。若等温面x及(x+Ax)的温度分别为t(x,t)及t(x+Ax,t),则两等温面之间的平均温度变化率为：因此，根据温度梯度(t
